Otto und Diesel warum isobar bzw. isochor?
Warum wird der Diesel-Prozess als isobar angenommen? Eigentlich liegt während der Verbrennung doch eine große Druckerhöhung vor.
Otto und Diesel-Prozess unterscheiden sich real durch nur durch die Verdichtung, warum sind die realen Prozesse so unterschiedlich?
2 Antworten
Zunächst mal: isobar heißt gleicher Druck - isochor heißt gleiches Volumen. Was heißt das jetzt? Das hängt mit dem unterschiedlichen Arbeitsprozeß der Benzin- bzw. Dieselmotoren zusammen. Ich will das so kurz wie möglich aber so ausführlich wie nötig erklären.
Der Benziner saugt ja ein Benzin-Luft-Gemisch an. Dann der Verdichtungstakt und kurz vor dem oberen Totpunkt kommt der Zündfunke und entzündet das Gemisch. Bis das Gemisch völlig explodiert ist vergeht ein winziger Sekundenbruchteil, der Kolben hat inzwischen den OT überschritten und die schlagartig explodierten Verbrennungsgase drücken mit gewaltigem Druck auf den Kolbenboden. Diese Explosion verläuft quasi ohne nennenswerte Volumenänderung im Verbrennungsraum. Das Volumen bleibt für diesen Sekundenbruchteil (fast) unverändert gleich - daher isochor. Während dieses Arbeitstaktes geht der Kolben nach unten, dabei läßt der Druck auf den Kolbenboden sehr schnell nach.
Im Dieselmotor geschehen andere Dinge. Dieser Motor saugt lediglich Luft an, diese wird hoch verdichtet, je nach Konstruktion zwischen 1:21 bis 1:27,5. Theoretisch reichen 1:17, das ist aber unwirtschaftlich. @froderick spricht von 1:24. Das ist für einige Motoren sicher richtig aber nicht generell. Dabei erwärmt sich die Luft auf bis zu 900°C. Wieder kurz vor OT wird beim Diesel der Kraftstoff eingespritzt, der sich in der heißen Luft sofort entzündet - er explodiert nicht schlagartig sondern verbrennt nur sehr schnell. Diese Verbrennung setzt wie beim Benziner kurz nach dem OT ein und dauert etwa so lange, bis der Kolben etwas mehr als den halben Weg abwärts hinter sich gebracht hat. Dabei ändert sich der Druck auf den Kolben nur geringfügig - er bleibt quasi gleich: also gleicher Druck d.h. isobar.
Was bedeutet das für die Charakteristik der Motoren. Der Benziner ist bekanntlich weitaus drehfreudiger als der Diesel. Kein Wunder, die Explosion erfolgt im x/1000 sec. Bereich, da ist viel Luft für hohe Drehzahlen. Beim Diesel dauert die Verbrennung deutlich länger, man spricht hier vom x/100 sec. Bereich, sie dauert ungefähr 10x länger. Aber während dieser Zeit ist der Druck auf den Kolbenboden nahezu gleich und das bringt ein höheres Drehmoment und das auch noch über einen langen Drehzahlbereich. Allerdings gestattet diese "langsame" Verbrennung keine hohen Drehzahlen. Die Verbrennung wird dem Motor zu langsam, er fällt mit der Leistung ab und bei ca. +/- 5.500 U/min ist Schluß mit hoher Drehzahl.
Benzin- und Dieselmotor habe beide ihre Daseinsberechtigung. Der Benziner ist drehfreudiger, lebendiger und reagiert immer noch schneller auf den Gasfuß. Der Diesel hat in den letzten 25 Jahren unglaublich aufgeholt. Bis dahin galt: Diesel ist l - l - l = laut, lahm, langsam. Davon kann heute keine Rede mehr sein. Der Diesel hat aufgrund des isobaren Arbeitsprinzips die höhere Energieausbeute, er arbeitet wirtschaftlicher. Bei gleicher Leistung - weniger Spritverbrauch.
Beim Dieselmotor wird die Zylinderfüllung auf ca. Ein-Vierundzwanzigstel verdichtet und dadurch steigt die Verdichtungstemperatur über die Zündtemperatur des Dieselkraftstoffes. Da es sich hierbei um eine Volumenveränderung handelt, bezeichnet man den Dieselbetrieb als isobar.